BIOGAZ – ważne biopaliwo gazowe

Istotnym zadaniem współczesnej energetyki jest poszukiwanie nowych źródeł energii. W długiej historii takich poszukiwań podstawowym kryterium sukcesu były szeroko rozumiane aspekty ekonomiczne. Obecnie aspekty ekonomiczne nadal są ważne, ale sprawą równie ważną stają się kryteria ekologiczne. Takie kryteria spełniają biopaliwa będące produktem materiału biomasowego, którego ważną cechą jest jego odnawialność, co oznacza, że zasoby tego materiału dadzą się odbudować w relatywnie szybkim procesie.

A czym jest biopaliwo?

Powstaje z przetwórstwa biomasy, czyli organizmów żywych – roślinnych, zwierzęcych lub z mikroorganizmów. O najważniejszych zaletach biopaliw, których surowcem jest biomasa, można przeczytać w artykule wcześniej opublikowanym w tym artykule – Biomasa jako biopaliwo.

Najpowszechniejszym biopaliwem gazowym jest biogaz. Jest on produkowany zwłaszcza z biomasy, ale jego źródłem mogą być również odpady ulegające biodegradacji. Biogaz nie jest jedynym przedstawicielem biopaliw gazowych, jest jednak na tyle ważnym paliwem, że warto poświęcić mu oddzielną uwagę i, aby lepiej poznać jego zalety, opisać go bardziej szczegółowo.

Właściwości biogazu jako paliwa

Biogaz jest produktem rozkładu materii organicznej w warunkach beztlenowych. Tego rodzaju rozkład to proces fermentacji do którego dochodzi pod wpływem mikroorganizmów. Głównym składnikiem tworzących się gazów jest metan i dlatego proces ten nazywany jest fermentacją metanową. Oprócz metanu, który w tym procesie tworzy się w ilości 60-70 procent, w powstałej mieszaninie gazów jest również ditlenek węgla, w ilości 30-40 procent. Reszta gazów to: siarkowodór, amoniak, azot, wodór i tlenek węgla.

Oczywiście skład tworzącej się mieszaniny gazów jest zależny od rodzaju materii organicznej poddanej fermentacji beztlenowej i od warunków w jakich ten proces przebiega. Pozostałość stała powstająca w wyniku fermentacji metanowej może być przetworzona w użyteczny produkt i często wykorzystana jest jako kompost.

Głównym składnikiem powstającego biogazu jest metan, jednak im więcej z mieszaniny surowego biogazu usuniemy gazów innych niż metan, tym lepsza będzie jakość powstałego biopaliwa. Takie uszlachetnianie surowego biogazu pozwala otrzymać paliwo lepszej jakości (z wyższą zawartością metanu), a powstały produkt nazwać biometanem. Istnieją tak efektywne metody oczyszczania biogazu, że pozwalają uzyskać biometan cechujący się takimi samymi właściwościami chemicznymi i energetycznymi co gaz ziemny.

W przyrodzie proces fermentacji metanowej zachodzi w żołądkach zwierząt należących do grupy przeżuwaczy. Ich przedstawicielem wśród bydła domowego jest krowa, natomiast wśród dziczyzny przeżuwaczem, obok łosia czy dzika, jest również na przykład sarna.

W żołądkach zwierząt przeżuwaczy, połknięty pokarm ulega fermentacji, która poprzedza proces właściwego trawienia przefermentowanego pokarmu. Ilości metanu wydzielanego do atmosfery przez przeżuwacze udomowione i zwierzęta dziko żyjące są na tyle znaczące, że w globalnym bilansie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery emisje metanu z tych „zwierzęcych źródeł” stanowią oddzielną, istotną pozycję.

Odpady jako surowiec do produkcji biogazu

Do wytwarzania biogazu wykorzystuje się biofrakcje odpadów komunalnych, w tym, osady ściekowe powstające w oczyszczalniach ścieków oraz bioodpady z rolnictwa i przemysłu rolno-spożywczego.

Biogaz w oczyszczalni ścieków

W oczyszczalniach ścieków surowcem w produkcji biogazu są osady ściekowe z oczyszczalni ścieków komunalnych i ścieki oraz osady ściekowe z różnych branż przemysłowych (spożywczy, browarnictwo, celulozowo-papierniczy, i inne).

Biogaz powstaje w komorach fermentacyjnych i jest zanieczyszczony parą wodną, CO2, siarkowodorem i cząstkami osadów. Po oczyszczeniu gaz ten jest magazynowany w zbiornikach gromadzących go przed wprowadzeniem do urządzeń wykorzystujących ten gaz, zwykle w celu otrzymywania energii.

Biogaz z takich zbiorników może być wykorzystany na potrzeby własne oczyszczalni jako paliwo lub udostępniany na zewnątrz i wykorzystywany do różnych celów. W przypadku gdy czystość takiego biogazu (a właściwie biometanu) spełnia odpowiednie wymagania, może być on wprowadzany do miejskiej sieci gazowej. Jeśli pogłębimy jeszcze stopień oczyszczenia tego biometanu i usuniemy ditlenek węgla, to uzyskamy tzw. biogaz wzbogacony, w którym zawartość metanu dochodzi nawet do 99 procent. Taki produkt to pożądany surowiec w przemyśle chemicznym, wykorzystywany do produkcji wodoru czy metanolu. Biogaz wzbogacony jest również paliwem w środkach transportu, w których wykorzystywany jest jako paliwo CNG lub LNG.

Biogaz rolniczy i z przetwórstwa rolno-spożywczego

Wysoki, stale jeszcze słabo wykorzystany potencjał wytwarzania biogazu tkwi w bioodpadach z rolnictwa i przemysłu rolno-spożywczego. Substratem do otrzymywania biogazu jest tutaj: biomasa z upraw polowych, sadowniczych i użytków zielonych oraz biomasa odpadowa z chowu zwierząt. Jeśli chodzi o odpady i produkty uboczne z przetwórstwa rolno-spożywczego to substratem są tu odpady powstające w przemyśle cukrowniczym, w browarnictwie, w przemyśle olejarskim, ziemniaczanym oraz odpady i produkty uboczne w zakładach przetwórstwa mięsnego. Innym rodzajem surowca będącego źródłem biogazu rolniczego są kiszonki z upraw polowych, specjalnie dedykowane do produkcji biogazu. W tym przypadku szczególnie przydatna jest kukurydza w formie całej rośliny.

Kukurydza, oprócz wysokiej wydajności produkcji biogazu, po jej zbiorze, nadaje się do długotrwałego magazynowania. Jest to ważna zaleta zapewniająca uniknięcie faktu sezonowości w jej wykorzystaniu jako surowca do produkcji biogazu – zebrana jesienią może być użyta w całym okresie poprzedzającym jej zbiór w roku następnym. Z jednej tony kiszonki kukurydzy można uzyskać od 220 do 300 metrów sześciennych biogazu.

W Polsce mamy około 1,5 miliona hektarów ziemi wykorzystywanej rolniczo. Jak duży jest niewykorzystany potencjał polskiego biogazu rolniczego pokazać można porównując naszą sytuację z Niemcami. W Niemczech użytkowanych jest ponad 9 tysięcy biogazowni rolniczych, u nas tylko około 150. Czy wytłumaczeniem jest fakt że Niemcy są obszarowo większym krajem niż Polska? Wręcz odwrotnie – Polska ma większy obszar kraju wykorzystywany rolniczo. Nie dość na tym – mamy bardzo rozwinięty sektor przetwórstwa rolno-spożywczego, generującego ogromne ilości surowca dla biogazowni. Inną miarą naszego zacofania na rynku produkcji biogazu, znowu odnosząc się do sytuacji w Niemczech, jest porównanie mocy zainstalowanej w polskich i niemieckich biogazowniach: Polska – około 130 MW, Niemcy – 6 tysięcy MW. Czy trzeba lepszej miary niewykorzystanego potencjału polskiego biogazu?

Rozwój biogazowni rolniczych w naszym kraju powinien iść w kierunku biogazowni małych i biogazowni mikro, pracujących na potrzeby konkretnego gospodarstwa lub zespołu gospodarstw – inwestorów takich biogazowni.

Dotychczas w naszym kraju wśród biogazowni rolniczych przeważają instalacje o mocy 1-2 MW. Takie duże biogazownie to przede wszystkim obiekty tworzone przez zewnętrznych inwestorów, a nie przez właścicieli gospodarstw rolnych, na których terenie powstaje surowiec przerabiany w tych instalacjach. Z szacunków przeprowadzonych przez Agencję Rynku Rolnego wynika, że w Polsce jest kilkadziesiąt tysięcy gospodarstw mających wystarczająco dużo własnego surowca możliwego do produkcji biogazu. Potencjalne krajowe roczne możliwości produkcyjne takich mikroinstalacji to 1-2 tysięcy megawatogodzin.

Biogaz z bioodpadów komunalnych

Tego rodzaju bioodpadami są usuwane przez nas odpady warzyw i owoców, skoszona trawa, gałęzie z drzew i krzewów usuwane z parków i ogrodów przydomowych i wiele jeszcze innych tego rodzaju odpadów.

Obecnie mamy w Polsce zaledwie 2 instalacje które wytwarzają biogaz z surowca jakim są bioodpady komunalne. To bardzo niedobra sytuacja z kilku powodów. Warto przypomnieć, i silnie podkreślić, że produkcja energii z przetwórstwa bioodpadów komunalnych jest działaniem typu recykling. Ten rodzaj przetwórstwa jest zaliczane gminom do oceny poziomów recyklingu, czyli kryteriów wymaganych przez przepisy unijne. Dlatego oprócz oczywistych korzyści w zakresie produkcji energii, to ten rodzaj przetwórstwa bioodpadów jest sposobem na poprawienie krajowego wskaźnika recyklingu, którego Polska nie wypełnia w stopniu wystarczającym.

Przy właściwie prowadzonej selektywnej zbiórce odpadów, takie odpady mogą prawie w 100 procentach być przerabiane na biogaz. Żaden inny surowiec wtórny gromadzony w gminach nie może wykazać się nawet zbliżoną wartością tak wysokiego stopnia odzysku.

Perspektywy wykorzystania biometanu w Polsce

Tworzenie biogazowni musi stać się, i powoli staje się, ważnym priorytetem krajowej polityki paliwowej. Istniejące metody uszlachetniania biogazu są już tak zaawansowane, że otrzymywane biopaliwo może już być stosowane w gospodarce do celów ciepłowniczych, w produkcji energii elektrycznej oraz w transporcie. To powoduje, że biometan ma szanse być traktowany jako efektywny, obecnie na razie nieduży, zamiennik dla paliw kopalnych.

W Polsce działa już ponad 400 biogazowni. Dzięki nim w końcu roku 2024 wyprodukowano 2,9 procent energii elektrycznej z OZE. Istnieją szacunkowe dane, ale wydające się jako całkiem realne, że w naszym kraju, w perspektywie najbliższej dekady, roczna wielkość produkcji biometanu możliwa będzie na poziomie 2 miliardów metrów sześciennych.

Inna jest jeszcze istotna zaleta wspierania rozwoju produkcji biogazu. Przedstawione powyżej możliwości produkcji biogazu z odpadów miejskich, wiejskich i pochodzących z oczyszczalni ścieków pozwalają traktować ten surowiec energetyczny jako ważny element Gospodarki Obiegu Zamkniętego (GOZ). Dlaczego? - ponieważ cechą GOZ jest minimalizacja zużycia surowców (gdyż możliwe jest zastąpienie paliw kopalnych) i minimalizacja powstawania odpadów (ponieważ omówione powyżej rodzaje odpadów stają się surowcem). No i co również ważne: wykorzystanie biogazu spełnia warunek zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych i podwyższa poziom ekologicznego sposobu produkcji energii.

Tekst i zdjęcia:

Stanisław Hławiczka